金属膜作製装置及び金属膜作製方法
【課題】成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態は、金属板及び基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に原料ガスを導入する原料ガス供給手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明の一実施形態は、金属板及び基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に原料ガスを導入する原料ガス供給手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長法により基板の表面に金属膜を作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気相成長法により金属膜、例えば、銅の薄膜を作製する場合、例えば、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシラン等の液体の有機金属錯体を原料として用い、固体状の原料を溶媒に溶かし、熱的な反応を利用して気化して基板に成膜を実施している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の技術では、熱的反応を利用した成膜のため、成膜速度の向上を図ることが困難であった。また、原料となる金属錯体が高価であり、しかも、銅に付随しているヘキサフロロアセチルアセトナト及びトリメチルビニルシランが銅の薄膜中に不純物として残留するため、膜質の向上を図ることが困難であった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的を達成するために、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板及び基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に原料ガスを導入する原料ガス供給手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属製板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と金属板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスを高温に加熱する還元ガス加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と金属板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、上述の装置を用いて基板へ金属膜を作成する基板の製造方法であって、前記金属板の金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成し、前記原子状還元ガスにより前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにして基板に当てることで基板上に金属膜を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、チャンバ内で水素を含有する還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、チャンバ内で前駆体が還元ガスプラズマ中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止される。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００１３】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、噴射板を所定温度に加熱する噴射板加熱手段と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、チャンバ内で水素を含有する還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段とを備え、加熱された噴射板をエッチングすることにより生成されて還元されやすくなった前駆体が還元ガスプラズマ中に通されることにより、前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００１４】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、噴射板を所定温度に加熱する噴射板加熱手段と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、チャンバ内で水素を含有する還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、加熱された噴射板をエッチングすることにより生成されて還元されやすくなった前駆体が還元ガスプラズマ中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止されると共に、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になると共に、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００１５】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、水素を含有する還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と噴射板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、チャンバ内で前駆体が原子状還元ガス中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止される。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００１６】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、噴射板を所定温度に加熱する噴射板加熱手段と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、水素を含有する還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と噴射板との間に発生させる還元ガス加熱手段とを備え、加熱された噴射板をエッチングすることにより生成されて還元されやすくなった前駆体が原子状還元ガス中に通されることにより、前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００１７】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、噴射板を所定温度に加熱する噴射板加熱手段と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、水素を含有する還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と噴射板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、加熱された噴射板をエッチングすることにより生成されて還元されやすくなった前駆体が還元ガスプラズマ中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止されると共に、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になると共に、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００１８】
また、本発明の金属膜作製装置は、塩素を含有する原料ガスを高温の金属フィラメントに接触させて金属フィラメントに含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を基板が収容されるチャンバ内に生成する前駆体供給手段と、水素を含有する還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と噴射板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、チャンバ内で前駆体が原子状還元ガス中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止される。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００１９】
本発明の金属膜作製方法は、チャンバ内で塩素と金属板により金属成分と塩素との前駆体を生成し、前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにしてチャンバ内の基板に当てることで基板上に金属膜を生成するに際し、チャンバを所定温度に加熱してチャンバ内壁に前駆体が付着しないようにしたので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止される。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００２０】
また、本発明の金属膜作製方法は、チャンバ内で塩素と金属板により金属成分と塩素との前駆体を生成し、前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにしてチャンバ内の基板に当てることで基板上に金属膜を生成するに際し、金属板を所定温度に加熱して前駆体を還元しやすくしたので、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００２１】
また、本発明の金属膜作製方法は、チャンバ内で塩素と金属板により金属成分と塩素との前駆体を生成し、前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにしてチャンバ内の基板に当てることで基板上に金属膜を生成するに際し、チャンバを所定温度に加熱してチャンバ内壁に前駆体が付着しないようにすると共に、金属板を所定温度に加熱して前駆体を還元しやすくしたので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止されると共に、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になると共に、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】本発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図３】本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図４】本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図５】本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図６】本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図７】本発明の第７実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法の第１実施形態例を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。
【００２４】
図に示すように、箱型に形成された、例えば、ステンレス製のチャンバ１の上部には第１プラズマ発生手段２が備えられ、チャンバ１の下部には第２プラズマ発生手段３が備えられている。また、チャンバ１の側部には磁場コイル４が備えられている。第１プラズマ発生手段２は、チャンバ１の上面に設けられた第１絶縁板２１と、第１絶縁板２１に設けられた第１プラズマアンテナ２２と、第１プラズマアンテナ２２に給電を行う第１電源２３によって構成されている。また、第２プラズマ発生手段３は、チャンバ１の下面に設けられた第２絶縁板２４と、第２絶縁板２４に設けられた第２プラズマアンテナ２５と、第２プラズマアンテナ２５に給電を行う第２電源２６によって構成されている。
【００２５】
チャンバ１の内部の第１絶縁板２１に下部には導入容器６が配置され、導入容器６には原料ガス５である塩素ガス（Cl2 ガス）が供給される。導入容器６の側部には流量制御器７及びノズル８が接続され、導入容器６の底部には銅(Cu)製の噴射板（金属板）９が設けられている。噴射板９には多数の噴射穴１０が穿孔されている。チャンバ１の底部近傍には支持台１１が設けられ、支持台１１には基板１２が載置される。支持台１１は、図示しないヒータ手段により所定温度に昇温されている。また、磁場コイル４の下方におけるチャンバ１の下端部には還元ガス１３である水素ガス（H2ガス）をチャンバ１の内部に供給する還元ガス流量制御器１４及び還元ガスノズル１５が設けられている。更に、チャンバ１の底部には排気口２７が穿設されている。
【００２６】
一方、チャンバ１の側壁にはチャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８が設けられ、電源２９により加熱ヒータ２８が通電されることで、チャンバ１の側壁が所定温度、例えば、200 ℃〜600 ℃に加熱される。尚、所定温度の上限温度は、チャンバ１の耐久温度以下が好ましい。本実施形態例では、チャンバ１がステンレス製である場合について説明しているので、上限温度を600℃としている。このため、所定温度の上限温度はチャンバ１の材質により適宜設定される。
【００２７】
チャンバ１の側壁を加熱することにより、後述する前駆体（CuxCly）がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）がチャンバ１の側壁に付着することを防止することができる。本実施形態例では、噴射板９がCu製である場合について説明しているので、前駆体（CuxCly）の蒸気圧力と温度との関係により所定温度の下限値を200 ℃としている。このため、所定温度の下限値は、噴射板９の材質に応じて生成される前駆体により適宜設定される。
【００２８】
上述した金属膜作製装置では、導入容器６にCl2 ガスを導入し、第１プラズマ発生手段２の第１プラズマアンテナ２２から電磁波を導入容器６内に入射することで、導入容器６内のCl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３１が発生する。このCl2 ガスプラズマプラズマ３１により、Cu製の噴射板９にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）３０が生成される。前駆体（CuxCly）３０は、噴射穴１０を通って下方に噴射される。
【００２９】
一方、チャンバ１内にH2ガスを導入し、第２プラズマ発生手段３の第２プラズマアンテナ２５から電磁波をチャンバ１内に入射することで、チャンバ１内のH2ガスがイオン化されてH2ガスプラズマ（還元ガスプラズマ）３２が発生する。H2ガスプラズマ３２は、磁場コイル４によって形成された回転磁場により基板１２の表面近傍に高密度で均一に分布する。
【００３０】
噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuxCly）３０は、基板１２に到達する直前にH2ガスプラズマ３２を通過する。還元ガスプラズマであるH2ガスプラズマ３２を通過する前駆体（CuxCly）３０は、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００３１】
この時、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200 ℃に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。尚、チャンバ１の側壁が所定温度よりも低い温度、例えば、180 ℃程度の場合には、前駆体（CuxCly）３０の蒸気圧力が十分に高くならず前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着してしまうことが確認されている。
【００３２】
尚、上記構成の金属膜作製装置では、原料ガス５として塩素ガス（Cl2 ガス）を例に挙げて説明してあるが、HCl ガスを適用することも可能であり、この場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、Cu製の噴射板９のエッチングにより生成される前駆体３０はCuxClyである。従って、原料ガス５は塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。また、噴射板９の材質は、Cuに限らず、Ag,Au,Pt,Ti,Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体３０はAg,Au,Pt,Ti,Ｗ等の塩化物となり、基板１２の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ti,Ｗ等になる。
【００３３】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３１とH2ガスプラズマ（還元ガスプラズマ）３２の２つのプラズマを用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が大きくなる。また、原料ガス５として塩素ガス（Cl2 ガス）を用い、還元ガス１３として水素を含有したガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、還元反応を独立に高めることができるので、Cu薄膜３３中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜３３を生成することが可能になる。
【００３４】
そして、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００３５】
図２に基づいて本発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図２には発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００３６】
図２に示した第２実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８及び電源２９が設けられておらず、噴射板９を加熱する噴射板加熱手段が設けられている。即ち、導入容器６の底部には絶縁部４１を介して銅(Cu)製の噴射板（金属板）９が設けられている。導入容器６の側部には希ガスであるHeガスを供給するための補助ノズル４２が接続され、導入容器６には原料ガス５である塩素ガス（Cl2 ガス）と共にHeガスが供給される。導入容器６に供給されるCl2 ガスとHeガスは、略１対１の割合で供給される。噴射板９にはバイアス電源４３が接続され、バイアス電源４３により直流電圧が噴射板９に印加される。
【００３７】
上述した金属膜作製装置では、第１プラズマ発生手段２の第１プラズマアンテナ２２から電磁波を導入容器６内に入射することで、導入容器６内のCl2 ガス及びHeガスがイオン化されてCl2 ・Heガスプラズマ４４が発生する。このCl2 ・Heガスプラズマ４４により、バイアス電圧が印加された噴射板９にHeイオンが衝突して噴射板９が均一に加熱される。尚、噴射板９の加熱手段としては、Heイオンを衝突させる手段の他に、ヒータ等を噴射板９に直接設けて加熱する手段を適用することも可能である。
【００３８】
噴射板９の加熱温度は、例えば、200 ℃乃至800 ℃の範囲に加熱され、好ましくは、600 ℃に加熱される。加熱温度の下限は、前駆体（CuxCly）３０が噴射穴１０を通る時に、重合体ではなく単量体に近い前駆体となる温度が好ましく、600 ℃に加熱されていると前駆体３０は単量体のCuClとなりやすく、後述する還元反応が容易となる。また、加熱温度の上限は、噴射板９の材質に依存され、銅(Cu)製の噴射板９の場合は800 ℃が上限となり、800 ℃を越えると軟化して噴射板９が使用不可能になる。噴射板９に印加する電圧を制御することにより、噴射板９は所望の温度に制御される。
【００３９】
導入容器６内にCl2 ・Heガスプラズマ４４が発生することで、Cl2 ガスプラズマによりCu製の加熱された噴射板９にエッチング反応が生じ、単量体の前駆体（CuCl）３０が生成されやすくなる。前駆体（CuCl）３０は、噴射板９の噴射穴１０を通って下方に噴射される。噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuCl）３０は、基板１２に到達する直前にH2ガスプラズマ３２を通過し、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００４０】
下方に噴射された前駆体３０は、単量体のCuClであるため、原子状水素により還元されやすくなっており、塩素が短時間に還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が短時間に生成される。従って、また、噴射板９がHeイオンの衝突により均一に所望温度に加熱されているので、還元されやすい単量体の前駆体（CuCl）３０が生成され、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度を向上させることが可能になる。
【００４１】
図３に基づいて本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図３には発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１、図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４２】
図３に示した第３実施形態例に係る金属膜作製装置は、図２に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８及び電源２９が設けられている。即ち、チャンバ加熱手段及び噴射板加熱手段が設けられた構成になっている。
【００４３】
このため、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200℃に加熱されているため、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。また、下方に噴射された前駆体３０は、単量体のCuClであるため、原子状水素により還元されやすくなっており、塩素が短時間に還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が短時間に生成される。
【００４４】
従って、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。また、噴射板９がHeイオンの衝突により均一に所望温度に加熱されているので、還元されやすい単量体の前駆体（CuCl）３０が生成され、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度を向上させることが可能になる。
【００４５】
図４に基づいて本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図４には発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４６】
図４に示した第４実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、還元ガスプラズマであるH2ガスプラズマ３２に代えて原子状還元ガス５１を発生させるようにしたものである。このため、第２プラズマ発生手段３に代えて、H2ガス等の還元ガス１３を加熱して原子状還元ガス５１にする還元ガス加熱手段５２を備えた構成になっている。還元ガス加熱手段５２は、還元ガス流量制御器１４に還元ガスノズル１５を設け、還元ガスノズル１５の内部にタングステンフィラメント５３を設け、タングステンフィラメント５３の端部を直流電源５４に接続したものである。
【００４７】
上述した金属膜作製装置では、導入容器６にCl2 ガスを導入し、第１プラズマ発生手段２の第１プラズマアンテナ２２から電磁波を導入容器６内に入射することで、導入容器６内のCl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３１が発生する。このCl2 ガスプラズマプラズマ３１により、Cu製の噴射板９にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）３０が生成される。前駆体（CuxCly）３０は、噴射穴１０を通って下方に噴射される。
【００４８】
前駆体（CuxCly）３０が基板１２に到達する直前に、還元ガス１３であるH2ガスを還元ガス流量制御器１４により流量制御し、直流電源５４でタングステンフィラメント５３を1800℃に加熱する。タングステンフィラメント５３の加熱により原子状還元ガス５１（原子状水素）を発生させ、原子状還元ガス５１を還元ガスノズル１５からチャンバ１内に噴射する。これにより、噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuxCly）３０は、基板１２に到達する直前に原子状還元ガス５１を通過し、前駆体（CuxCly）３０は、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００４９】
この時、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200 ℃に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。
【００５０】
上記構成の金属膜作製装置は、原料ガス５として塩素ガス（Cl2 ガス）を用い、還元ガス１３として水素を含有したガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、還元反応を独立に高めることができるので、Cu薄膜３３中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜３３を生成することが可能になる。また、原子状還元ガス５１である原子状水素を比較的柔軟な配置が可能な還元ガスノズル１５のみで供給することができるので、面積の安定した（例えば、50mm×50mm）成膜に対応することができる。
【００５１】
そして、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００５２】
図５に基づいて本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図５には発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５３】
図５に示した第５実施形態例に係る金属膜作製装置は、図４に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８及び電源２９が設けられておらず、噴射板９を加熱する噴射板加熱手段が設けられている。即ち、導入容器６の底部には絶縁部４１を介して銅(Cu)製の噴射板（金属板）９が設けられている。導入容器６の側部には希ガスであるHeガスを供給するための補助ノズル４２が接続され、導入容器６には原料ガス５である塩素ガス（Cl2 ガス）と共にHeガスが供給される。導入容器６に供給されるCl2 ガスとHeガスは、略１対１の割合で供給される。噴射板９にはバイアス電源４３が接続され、バイアス電源４３により直流電圧が噴射板９に印加される。
【００５４】
上述した金属膜作製装置では、第１プラズマ発生手段２の第１プラズマアンテナ２２から電磁波を導入容器６内に入射することで、導入容器６内のCl2 ガス及びHeガスがイオン化されてCl2 ・Heガスプラズマ４４が発生する。このCl2 ・Heガスプラズマ４４により、バイアス電圧が印加された噴射板９にHeイオンが衝突して噴射板９が均一に加熱される。尚、噴射板９の加熱手段としては、Heイオンを衝突させる手段の他に、ヒータ等を噴射板９に直接設けて加熱する手段を適用することも可能である。
【００５５】
噴射板９の加熱温度は、例えば、200 ℃乃至800 ℃の範囲に加熱され、好ましくは、600 ℃に加熱される。加熱温度の下限は、前駆体（CuxCly）３０が噴射穴１０を通る時に、重合体ではなく単量体に近い前駆体となる温度が好ましく、600 ℃に加熱されていると前駆体３０は単量体のCuClとなりやすく、後述する還元反応が容易となる。また、加熱温度の上限は、噴射板９の材質に依存され、銅(Cu)製の噴射板９の場合は800 ℃が上限となり、800 ℃を越えると軟化して噴射板９が使用不可能になる。噴射板９に印加する電圧を制御することにより、噴射板９は所望の温度に制御される。
【００５６】
導入容器６内にCl2 ・Heガスプラズマ４４が発生することで、Cl2 ガスプラズマによりCu製の加熱された噴射板９にエッチング反応が生じ、単量体の前駆体（CuCl）３０が生成されやすくなる。前駆体（CuCl）３０は、噴射板９の噴射穴１０を通って下方に噴射される。噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuCl）３０は、基板１２に到達する直前に原子状還元ガス５１を通過し、前駆体（CuCl）３０は、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００５７】
下方に噴射された前駆体３０は、単量体のCuClであるため、原子状水素により還元されやすくなっており、塩素が短時間に還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が短時間に生成される。従って、噴射板９がHeイオンの衝突により均一に所望温度に加熱されているので、還元されやすい単量体の前駆体（CuCl）３０が生成され、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度を向上させることが可能になる。
【００５８】
図６に基づいて本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図６には発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図４、図５に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５９】
図６に示した第６実施形態例に係る金属膜作製装置は、図５に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８及び電源２９が設けられている。即ち、チャンバ加熱手段及び噴射板加熱手段が設けられた構成になっている。
【００６０】
このため、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200℃に加熱されているため、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。また、下方に噴射された前駆体３０は、単量体のCuClであるため、原子状水素により還元されやすくなっており、塩素が短時間に還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が短時間に生成される。
【００６１】
従って、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。また、噴射板９がHeイオンの衝突により均一に所望温度に加熱されているので、還元されやすい単量体の前駆体（CuCl）３０が生成され、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度を向上させることが可能になる。
【００６２】
図７に基づいて本発明の第７実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図７には発明の第７実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００６３】
図７に示した第７実施形態例に係る金属膜作製装置は、図４に示した金属膜作製装置に対して、導入容器６内でCl2 ガスプラズマ３１を発生させて前駆体（CuxCly）３０を生成させる代わりに、原料ガス加熱手段６１のノズル８から前駆体（CuxCly）３０をチャンバ１内に噴射させるようにしたものである。原料ガス加熱手段６１は、流量制御器７にノズル８を設け、ノズル８の内部に複数回巻いた状態の銅フィラメント６２を設け、銅フィラメント６２の端部を直流電源６３に接続したものである。直流電源６３により銅フィラメント６２は300 ℃〜600 ℃に加熱される。
【００６４】
上述した金属膜作製装置では、原料ガスであるCl2 ガスを流量制御器７で流量制御してノズル８に導入する。ノズル８の内部には直流電源６３により300 ℃〜600 ℃に加熱された銅フィラメント６２が設けられているため、Cl2 ガスを加熱された銅フィラメント６２に接触させることにより前駆体（CuxCly）３０を生成させる。ノズル８からチャンバ１内に前駆体（CuxCly）３０を導入すると、前駆体（CuxCly）３０は下方に移動する。
【００６５】
前駆体（CuxCly）３０が基板１２に到達する直前に、還元ガス１３であるH2ガスを還元ガス流量制御器１４により流量制御し、直流電源５４でタングステンフィラメント５３を1800℃に加熱する。タングステンフィラメント５３の加熱により原子状還元ガス５１（原子状水素）を発生させ、原子状還元ガス５１を還元ガスノズル１５からチャンバ１内に噴射する。これにより、噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuxCly）３０は、基板１２に到達する直前に原子状還元ガス５１を通過し、前駆体（CuxCly）３０は、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００６６】
この時、チャンバ１の側壁が前述同様に加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200 ℃に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。
【００６７】
上記構成の金属膜作製装置は、前駆体（CuxCly）３０を比較的柔軟な配置が可能なノズル８のみで供給し、原子状水素を比較的柔軟な配置が可能な還元ガスノズル１５のみで供給することができるので、面積の極めて安定した（例えば、100mm ×100mm ）成膜に対応することができる。
【００６８】
そして、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【符号の説明】
【００６９】
１ チャンバ
２ 第１プラズマ発生手段
３ 第２プラズマ発生手段
４ 磁場コイル
５ 原料ガス
６ 導入容器
７ 流量制御器
８ ノズル
９ 噴射板
１０ 噴射穴
１１ 支持台
１２ 基板
１３ 還元ガス
１４ 還元ガス流量制御器
１５ 還元ガスノズル
２１ 第１絶縁板
２２ 第１プラズマアンテナ
２３ 第１電源
２４ 第２絶縁板
２５ 第２プラズマアンテナ
２６ 第２電源
２７ 排気口
２８ 加熱ヒータ
２９ 電源
３０ 前駆体（CuxCly）
３１ Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
３２ H2ガスプラズマ（還元ガスプラズマ）
３３ Cu薄膜
４１ 絶縁部
４２ 補助ノズル
４３ バイアス電源
４４ Cl2 ・Heガスプラズマ
５１ 原子状還元ガス
５２ 還元ガス加熱手段
５３ タングステンフィラメント
５４ 直流電源
６１ 原料ガス加熱手段
６２ 銅フィラメント
６３ 直流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長法により基板の表面に金属膜を作製する金属膜作製装置及び金属膜作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、気相成長法により金属膜、例えば、銅の薄膜を作製する場合、例えば、銅・ヘキサフロロアセチルアセトナト・トリメチルビニルシラン等の液体の有機金属錯体を原料として用い、固体状の原料を溶媒に溶かし、熱的な反応を利用して気化して基板に成膜を実施している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の技術では、熱的反応を利用した成膜のため、成膜速度の向上を図ることが困難であった。また、原料となる金属錯体が高価であり、しかも、銅に付随しているヘキサフロロアセチルアセトナト及びトリメチルビニルシランが銅の薄膜中に不純物として残留するため、膜質の向上を図ることが困難であった。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置及び金属膜作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的を達成するために、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板及び基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に原料ガスを導入する原料ガス供給手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属製板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と金属板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスを高温に加熱する還元ガス加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、基板上への金属膜作製装置であって、金属板および基板が配置されるチャンバと、チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、前記還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と金属板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、上述の装置を用いて基板へ金属膜を作成する基板の製造方法であって、前記金属板の金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成し、前記原子状還元ガスにより前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにして基板に当てることで基板上に金属膜を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、チャンバ内で水素を含有する還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、チャンバ内で前駆体が還元ガスプラズマ中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止される。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００１３】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、噴射板を所定温度に加熱する噴射板加熱手段と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、チャンバ内で水素を含有する還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段とを備え、加熱された噴射板をエッチングすることにより生成されて還元されやすくなった前駆体が還元ガスプラズマ中に通されることにより、前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００１４】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、噴射板を所定温度に加熱する噴射板加熱手段と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、チャンバ内で水素を含有する還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、加熱された噴射板をエッチングすることにより生成されて還元されやすくなった前駆体が還元ガスプラズマ中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止されると共に、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になると共に、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００１５】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、水素を含有する還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と噴射板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、チャンバ内で前駆体が原子状還元ガス中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止される。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００１６】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、噴射板を所定温度に加熱する噴射板加熱手段と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、水素を含有する還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と噴射板との間に発生させる還元ガス加熱手段とを備え、加熱された噴射板をエッチングすることにより生成されて還元されやすくなった前駆体が原子状還元ガス中に通されることにより、前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００１７】
また、本発明の金属膜作製装置は、多数の噴射穴が穿設された金属製の噴射板を有しその内部に塩素を含有する原料ガスが供給される導入容器と、噴射板を所定温度に加熱する噴射板加熱手段と、導入容器及び基板を収容するチャンバと、導入容器内の原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させ原料ガスプラズマで噴射板をエッチングすることによって噴射板に含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成する第１プラズマ発生手段と、水素を含有する還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と噴射板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、加熱された噴射板をエッチングすることにより生成されて還元されやすくなった前駆体が還元ガスプラズマ中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止されると共に、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になると共に、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００１８】
また、本発明の金属膜作製装置は、塩素を含有する原料ガスを高温の金属フィラメントに接触させて金属フィラメントに含まれる金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を基板が収容されるチャンバ内に生成する前駆体供給手段と、水素を含有する還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と噴射板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段とを備え、チャンバ内で前駆体が原子状還元ガス中に通されることにより、加熱されたチャンバ内壁に前駆体が付着しない状態で前駆体から塩素が還元除去され金属イオンのみにされて基板に当てられて基板上に金属膜が生成されるので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止される。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００１９】
本発明の金属膜作製方法は、チャンバ内で塩素と金属板により金属成分と塩素との前駆体を生成し、前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにしてチャンバ内の基板に当てることで基板上に金属膜を生成するに際し、チャンバを所定温度に加熱してチャンバ内壁に前駆体が付着しないようにしたので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止される。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００２０】
また、本発明の金属膜作製方法は、チャンバ内で塩素と金属板により金属成分と塩素との前駆体を生成し、前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにしてチャンバ内の基板に当てることで基板上に金属膜を生成するに際し、金属板を所定温度に加熱して前駆体を還元しやすくしたので、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【００２１】
また、本発明の金属膜作製方法は、チャンバ内で塩素と金属板により金属成分と塩素との前駆体を生成し、前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにしてチャンバ内の基板に当てることで基板上に金属膜を生成するに際し、チャンバを所定温度に加熱してチャンバ内壁に前駆体が付着しないようにすると共に、金属板を所定温度に加熱して前駆体を還元しやすくしたので、前駆体がチャンバの側壁に付着することが防止されると共に、還元されやすい単量体の前駆体が生成されやすくなる。この結果、成膜速度が速く、安価な原料を用いることができ、膜中に不純物が残留しない金属膜作製装置とすることができ、しかも、チャンバ内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になると共に、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度をより向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図２】本発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図３】本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図４】本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図５】本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図６】本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【図７】本発明の第７実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１に基づいて本発明の金属膜作製装置及び金属膜作製方法の第１実施形態例を説明する。図１には本発明の第１実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。
【００２４】
図に示すように、箱型に形成された、例えば、ステンレス製のチャンバ１の上部には第１プラズマ発生手段２が備えられ、チャンバ１の下部には第２プラズマ発生手段３が備えられている。また、チャンバ１の側部には磁場コイル４が備えられている。第１プラズマ発生手段２は、チャンバ１の上面に設けられた第１絶縁板２１と、第１絶縁板２１に設けられた第１プラズマアンテナ２２と、第１プラズマアンテナ２２に給電を行う第１電源２３によって構成されている。また、第２プラズマ発生手段３は、チャンバ１の下面に設けられた第２絶縁板２４と、第２絶縁板２４に設けられた第２プラズマアンテナ２５と、第２プラズマアンテナ２５に給電を行う第２電源２６によって構成されている。
【００２５】
チャンバ１の内部の第１絶縁板２１に下部には導入容器６が配置され、導入容器６には原料ガス５である塩素ガス（Cl2 ガス）が供給される。導入容器６の側部には流量制御器７及びノズル８が接続され、導入容器６の底部には銅(Cu)製の噴射板（金属板）９が設けられている。噴射板９には多数の噴射穴１０が穿孔されている。チャンバ１の底部近傍には支持台１１が設けられ、支持台１１には基板１２が載置される。支持台１１は、図示しないヒータ手段により所定温度に昇温されている。また、磁場コイル４の下方におけるチャンバ１の下端部には還元ガス１３である水素ガス（H2ガス）をチャンバ１の内部に供給する還元ガス流量制御器１４及び還元ガスノズル１５が設けられている。更に、チャンバ１の底部には排気口２７が穿設されている。
【００２６】
一方、チャンバ１の側壁にはチャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８が設けられ、電源２９により加熱ヒータ２８が通電されることで、チャンバ１の側壁が所定温度、例えば、200 ℃〜600 ℃に加熱される。尚、所定温度の上限温度は、チャンバ１の耐久温度以下が好ましい。本実施形態例では、チャンバ１がステンレス製である場合について説明しているので、上限温度を600℃としている。このため、所定温度の上限温度はチャンバ１の材質により適宜設定される。
【００２７】
チャンバ１の側壁を加熱することにより、後述する前駆体（CuxCly）がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）がチャンバ１の側壁に付着することを防止することができる。本実施形態例では、噴射板９がCu製である場合について説明しているので、前駆体（CuxCly）の蒸気圧力と温度との関係により所定温度の下限値を200 ℃としている。このため、所定温度の下限値は、噴射板９の材質に応じて生成される前駆体により適宜設定される。
【００２８】
上述した金属膜作製装置では、導入容器６にCl2 ガスを導入し、第１プラズマ発生手段２の第１プラズマアンテナ２２から電磁波を導入容器６内に入射することで、導入容器６内のCl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３１が発生する。このCl2 ガスプラズマプラズマ３１により、Cu製の噴射板９にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）３０が生成される。前駆体（CuxCly）３０は、噴射穴１０を通って下方に噴射される。
【００２９】
一方、チャンバ１内にH2ガスを導入し、第２プラズマ発生手段３の第２プラズマアンテナ２５から電磁波をチャンバ１内に入射することで、チャンバ１内のH2ガスがイオン化されてH2ガスプラズマ（還元ガスプラズマ）３２が発生する。H2ガスプラズマ３２は、磁場コイル４によって形成された回転磁場により基板１２の表面近傍に高密度で均一に分布する。
【００３０】
噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuxCly）３０は、基板１２に到達する直前にH2ガスプラズマ３２を通過する。還元ガスプラズマであるH2ガスプラズマ３２を通過する前駆体（CuxCly）３０は、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００３１】
この時、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200 ℃に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。尚、チャンバ１の側壁が所定温度よりも低い温度、例えば、180 ℃程度の場合には、前駆体（CuxCly）３０の蒸気圧力が十分に高くならず前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着してしまうことが確認されている。
【００３２】
尚、上記構成の金属膜作製装置では、原料ガス５として塩素ガス（Cl2 ガス）を例に挙げて説明してあるが、HCl ガスを適用することも可能であり、この場合、原料ガスプラズマはHCl ガスプラズマが生成されるが、Cu製の噴射板９のエッチングにより生成される前駆体３０はCuxClyである。従って、原料ガス５は塩素を含有するガスであればよく、HCl ガスとCl2 ガスとの混合ガスを用いることも可能である。また、噴射板９の材質は、Cuに限らず、Ag,Au,Pt,Ti,Ｗ等を用いることが可能である。この場合、前駆体３０はAg,Au,Pt,Ti,Ｗ等の塩化物となり、基板１２の表面に生成される薄膜はAg,Au,Pt,Ti,Ｗ等になる。
【００３３】
上記構成の金属膜作製装置は、Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３１とH2ガスプラズマ（還元ガスプラズマ）３２の２つのプラズマを用いているため、反応効率が大幅に向上して成膜速度が大きくなる。また、原料ガス５として塩素ガス（Cl2 ガス）を用い、還元ガス１３として水素を含有したガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、還元反応を独立に高めることができるので、Cu薄膜３３中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜３３を生成することが可能になる。
【００３４】
そして、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００３５】
図２に基づいて本発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図２には発明の第２実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００３６】
図２に示した第２実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８及び電源２９が設けられておらず、噴射板９を加熱する噴射板加熱手段が設けられている。即ち、導入容器６の底部には絶縁部４１を介して銅(Cu)製の噴射板（金属板）９が設けられている。導入容器６の側部には希ガスであるHeガスを供給するための補助ノズル４２が接続され、導入容器６には原料ガス５である塩素ガス（Cl2 ガス）と共にHeガスが供給される。導入容器６に供給されるCl2 ガスとHeガスは、略１対１の割合で供給される。噴射板９にはバイアス電源４３が接続され、バイアス電源４３により直流電圧が噴射板９に印加される。
【００３７】
上述した金属膜作製装置では、第１プラズマ発生手段２の第１プラズマアンテナ２２から電磁波を導入容器６内に入射することで、導入容器６内のCl2 ガス及びHeガスがイオン化されてCl2 ・Heガスプラズマ４４が発生する。このCl2 ・Heガスプラズマ４４により、バイアス電圧が印加された噴射板９にHeイオンが衝突して噴射板９が均一に加熱される。尚、噴射板９の加熱手段としては、Heイオンを衝突させる手段の他に、ヒータ等を噴射板９に直接設けて加熱する手段を適用することも可能である。
【００３８】
噴射板９の加熱温度は、例えば、200 ℃乃至800 ℃の範囲に加熱され、好ましくは、600 ℃に加熱される。加熱温度の下限は、前駆体（CuxCly）３０が噴射穴１０を通る時に、重合体ではなく単量体に近い前駆体となる温度が好ましく、600 ℃に加熱されていると前駆体３０は単量体のCuClとなりやすく、後述する還元反応が容易となる。また、加熱温度の上限は、噴射板９の材質に依存され、銅(Cu)製の噴射板９の場合は800 ℃が上限となり、800 ℃を越えると軟化して噴射板９が使用不可能になる。噴射板９に印加する電圧を制御することにより、噴射板９は所望の温度に制御される。
【００３９】
導入容器６内にCl2 ・Heガスプラズマ４４が発生することで、Cl2 ガスプラズマによりCu製の加熱された噴射板９にエッチング反応が生じ、単量体の前駆体（CuCl）３０が生成されやすくなる。前駆体（CuCl）３０は、噴射板９の噴射穴１０を通って下方に噴射される。噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuCl）３０は、基板１２に到達する直前にH2ガスプラズマ３２を通過し、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００４０】
下方に噴射された前駆体３０は、単量体のCuClであるため、原子状水素により還元されやすくなっており、塩素が短時間に還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が短時間に生成される。従って、また、噴射板９がHeイオンの衝突により均一に所望温度に加熱されているので、還元されやすい単量体の前駆体（CuCl）３０が生成され、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度を向上させることが可能になる。
【００４１】
図３に基づいて本発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図３には発明の第３実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１、図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４２】
図３に示した第３実施形態例に係る金属膜作製装置は、図２に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８及び電源２９が設けられている。即ち、チャンバ加熱手段及び噴射板加熱手段が設けられた構成になっている。
【００４３】
このため、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200℃に加熱されているため、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。また、下方に噴射された前駆体３０は、単量体のCuClであるため、原子状水素により還元されやすくなっており、塩素が短時間に還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が短時間に生成される。
【００４４】
従って、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。また、噴射板９がHeイオンの衝突により均一に所望温度に加熱されているので、還元されやすい単量体の前駆体（CuCl）３０が生成され、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度を向上させることが可能になる。
【００４５】
図４に基づいて本発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図４には発明の第４実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４６】
図４に示した第４実施形態例に係る金属膜作製装置は、図１に示した金属膜作製装置に対して、還元ガスプラズマであるH2ガスプラズマ３２に代えて原子状還元ガス５１を発生させるようにしたものである。このため、第２プラズマ発生手段３に代えて、H2ガス等の還元ガス１３を加熱して原子状還元ガス５１にする還元ガス加熱手段５２を備えた構成になっている。還元ガス加熱手段５２は、還元ガス流量制御器１４に還元ガスノズル１５を設け、還元ガスノズル１５の内部にタングステンフィラメント５３を設け、タングステンフィラメント５３の端部を直流電源５４に接続したものである。
【００４７】
上述した金属膜作製装置では、導入容器６にCl2 ガスを導入し、第１プラズマ発生手段２の第１プラズマアンテナ２２から電磁波を導入容器６内に入射することで、導入容器６内のCl2 ガスがイオン化されてCl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）３１が発生する。このCl2 ガスプラズマプラズマ３１により、Cu製の噴射板９にエッチング反応が生じ、前駆体（CuxCly）３０が生成される。前駆体（CuxCly）３０は、噴射穴１０を通って下方に噴射される。
【００４８】
前駆体（CuxCly）３０が基板１２に到達する直前に、還元ガス１３であるH2ガスを還元ガス流量制御器１４により流量制御し、直流電源５４でタングステンフィラメント５３を1800℃に加熱する。タングステンフィラメント５３の加熱により原子状還元ガス５１（原子状水素）を発生させ、原子状還元ガス５１を還元ガスノズル１５からチャンバ１内に噴射する。これにより、噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuxCly）３０は、基板１２に到達する直前に原子状還元ガス５１を通過し、前駆体（CuxCly）３０は、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００４９】
この時、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200 ℃に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。
【００５０】
上記構成の金属膜作製装置は、原料ガス５として塩素ガス（Cl2 ガス）を用い、還元ガス１３として水素を含有したガスを用いているため、コストを大幅に減少させることができる。また、還元反応を独立に高めることができるので、Cu薄膜３３中に塩素等の不純物の残留を少なくすることができ、高品質なCu薄膜３３を生成することが可能になる。また、原子状還元ガス５１である原子状水素を比較的柔軟な配置が可能な還元ガスノズル１５のみで供給することができるので、面積の安定した（例えば、50mm×50mm）成膜に対応することができる。
【００５１】
そして、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【００５２】
図５に基づいて本発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図５には発明の第５実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５３】
図５に示した第５実施形態例に係る金属膜作製装置は、図４に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８及び電源２９が設けられておらず、噴射板９を加熱する噴射板加熱手段が設けられている。即ち、導入容器６の底部には絶縁部４１を介して銅(Cu)製の噴射板（金属板）９が設けられている。導入容器６の側部には希ガスであるHeガスを供給するための補助ノズル４２が接続され、導入容器６には原料ガス５である塩素ガス（Cl2 ガス）と共にHeガスが供給される。導入容器６に供給されるCl2 ガスとHeガスは、略１対１の割合で供給される。噴射板９にはバイアス電源４３が接続され、バイアス電源４３により直流電圧が噴射板９に印加される。
【００５４】
上述した金属膜作製装置では、第１プラズマ発生手段２の第１プラズマアンテナ２２から電磁波を導入容器６内に入射することで、導入容器６内のCl2 ガス及びHeガスがイオン化されてCl2 ・Heガスプラズマ４４が発生する。このCl2 ・Heガスプラズマ４４により、バイアス電圧が印加された噴射板９にHeイオンが衝突して噴射板９が均一に加熱される。尚、噴射板９の加熱手段としては、Heイオンを衝突させる手段の他に、ヒータ等を噴射板９に直接設けて加熱する手段を適用することも可能である。
【００５５】
噴射板９の加熱温度は、例えば、200 ℃乃至800 ℃の範囲に加熱され、好ましくは、600 ℃に加熱される。加熱温度の下限は、前駆体（CuxCly）３０が噴射穴１０を通る時に、重合体ではなく単量体に近い前駆体となる温度が好ましく、600 ℃に加熱されていると前駆体３０は単量体のCuClとなりやすく、後述する還元反応が容易となる。また、加熱温度の上限は、噴射板９の材質に依存され、銅(Cu)製の噴射板９の場合は800 ℃が上限となり、800 ℃を越えると軟化して噴射板９が使用不可能になる。噴射板９に印加する電圧を制御することにより、噴射板９は所望の温度に制御される。
【００５６】
導入容器６内にCl2 ・Heガスプラズマ４４が発生することで、Cl2 ガスプラズマによりCu製の加熱された噴射板９にエッチング反応が生じ、単量体の前駆体（CuCl）３０が生成されやすくなる。前駆体（CuCl）３０は、噴射板９の噴射穴１０を通って下方に噴射される。噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuCl）３０は、基板１２に到達する直前に原子状還元ガス５１を通過し、前駆体（CuCl）３０は、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００５７】
下方に噴射された前駆体３０は、単量体のCuClであるため、原子状水素により還元されやすくなっており、塩素が短時間に還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が短時間に生成される。従って、噴射板９がHeイオンの衝突により均一に所望温度に加熱されているので、還元されやすい単量体の前駆体（CuCl）３０が生成され、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度を向上させることが可能になる。
【００５８】
図６に基づいて本発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図６には発明の第６実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図４、図５に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５９】
図６に示した第６実施形態例に係る金属膜作製装置は、図５に示した金属膜作製装置に対して、チャンバ加熱手段としてのフィラメント状の加熱ヒータ２８及び電源２９が設けられている。即ち、チャンバ加熱手段及び噴射板加熱手段が設けられた構成になっている。
【００６０】
このため、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200℃に加熱されているため、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。また、下方に噴射された前駆体３０は、単量体のCuClであるため、原子状水素により還元されやすくなっており、塩素が短時間に還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が短時間に生成される。
【００６１】
従って、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuCl）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。また、噴射板９がHeイオンの衝突により均一に所望温度に加熱されているので、還元されやすい単量体の前駆体（CuCl）３０が生成され、塩素が短時間に還元除去されて成膜速度を向上させることが可能になる。
【００６２】
図７に基づいて本発明の第７実施形態例に係る金属膜作製装置及び金属膜作製方法を説明する。図７には発明の第７実施形態例に係る金属膜作製装置の概略側面を示してある。尚、図４に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００６３】
図７に示した第７実施形態例に係る金属膜作製装置は、図４に示した金属膜作製装置に対して、導入容器６内でCl2 ガスプラズマ３１を発生させて前駆体（CuxCly）３０を生成させる代わりに、原料ガス加熱手段６１のノズル８から前駆体（CuxCly）３０をチャンバ１内に噴射させるようにしたものである。原料ガス加熱手段６１は、流量制御器７にノズル８を設け、ノズル８の内部に複数回巻いた状態の銅フィラメント６２を設け、銅フィラメント６２の端部を直流電源６３に接続したものである。直流電源６３により銅フィラメント６２は300 ℃〜600 ℃に加熱される。
【００６４】
上述した金属膜作製装置では、原料ガスであるCl2 ガスを流量制御器７で流量制御してノズル８に導入する。ノズル８の内部には直流電源６３により300 ℃〜600 ℃に加熱された銅フィラメント６２が設けられているため、Cl2 ガスを加熱された銅フィラメント６２に接触させることにより前駆体（CuxCly）３０を生成させる。ノズル８からチャンバ１内に前駆体（CuxCly）３０を導入すると、前駆体（CuxCly）３０は下方に移動する。
【００６５】
前駆体（CuxCly）３０が基板１２に到達する直前に、還元ガス１３であるH2ガスを還元ガス流量制御器１４により流量制御し、直流電源５４でタングステンフィラメント５３を1800℃に加熱する。タングステンフィラメント５３の加熱により原子状還元ガス５１（原子状水素）を発生させ、原子状還元ガス５１を還元ガスノズル１５からチャンバ１内に噴射する。これにより、噴射穴１０を通って下方に噴射された前駆体（CuxCly）３０は、基板１２に到達する直前に原子状還元ガス５１を通過し、前駆体（CuxCly）３０は、原子状水素による還元反応により塩素が還元除去されてCuイオンのみにされて基板１２に当てられ、基板１２の表面にCu薄膜３３が生成される。
【００６６】
この時、チャンバ１の側壁が前述同様に加熱ヒータ２８により所定温度、例えば、200 ℃に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。
【００６７】
上記構成の金属膜作製装置は、前駆体（CuxCly）３０を比較的柔軟な配置が可能なノズル８のみで供給し、原子状水素を比較的柔軟な配置が可能な還元ガスノズル１５のみで供給することができるので、面積の極めて安定した（例えば、100mm ×100mm ）成膜に対応することができる。
【００６８】
そして、チャンバ１の側壁が加熱ヒータ２８により所定温度に加熱されているため、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付いても蒸気圧力が高くなり気化しやすくなり、前駆体（CuxCly）３０がチャンバ１の側壁に付着することが防止されている。このため、チャンバ１内の定期的なクリーニング処理が不要になり、原料歩留りが向上すると共にランニングコストを低減することが可能になる。
【符号の説明】
【００６９】
１ チャンバ
２ 第１プラズマ発生手段
３ 第２プラズマ発生手段
４ 磁場コイル
５ 原料ガス
６ 導入容器
７ 流量制御器
８ ノズル
９ 噴射板
１０ 噴射穴
１１ 支持台
１２ 基板
１３ 還元ガス
１４ 還元ガス流量制御器
１５ 還元ガスノズル
２１ 第１絶縁板
２２ 第１プラズマアンテナ
２３ 第１電源
２４ 第２絶縁板
２５ 第２プラズマアンテナ
２６ 第２電源
２７ 排気口
２８ 加熱ヒータ
２９ 電源
３０ 前駆体（CuxCly）
３１ Cl2 ガスプラズマ（原料ガスプラズマ）
３２ H2ガスプラズマ（還元ガスプラズマ）
３３ Cu薄膜
４１ 絶縁部
４２ 補助ノズル
４３ バイアス電源
４４ Cl2 ・Heガスプラズマ
５１ 原子状還元ガス
５２ 還元ガス加熱手段
５３ タングステンフィラメント
５４ 直流電源
６１ 原料ガス加熱手段
６２ 銅フィラメント
６３ 直流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板及び基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に原料ガスを導入する原料ガス供給手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、
チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段と
を備えることを特徴とする基板上への金属膜作製装置。
【請求項２】
金属板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と
を備えることを特徴とする基板上への金属膜作製装置。
【請求項３】
金属製板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、
チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段と
を備えることを特徴とする基板への金属膜作製装置。
【請求項４】
金属板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と金属板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、
チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段と
を備えることを特徴とする基板への金属膜作製装置。
【請求項５】
金属板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスを高温に加熱する還元ガス加熱手段と
を備えることを特徴とする基板上への金属膜作製装置。
【請求項６】
金属板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と金属板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、
チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段と
を備えることを特徴とする基板への金属膜作製装置。
【請求項７】
さらにチャンバ内に希ガスを導入する手段を有することを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５、請求項６のいずれか１項に記載の金属膜作製装置。
【請求項８】
前記金属板加熱手段は、チャンバ内に希ガスを導入し、第１プラズマ発生手段で希ガスプラズマを発生させて電圧の印加により希ガス成分イオンを金属板に衝突させることで金属板を加熱する手段であることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５、請求項６のいずれか１項に記載の金属膜作製装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか1項の装置を用いて基板へ金属膜を作製する基板の製造方法であって、
前記金属板の金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成し、前記原子状還元ガスにより前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにして基板に当てることで基板上に金属膜を生成することを特徴とする基板の製造方法。
【請求項１】
金属板及び基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に原料ガスを導入する原料ガス供給手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、
チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段と
を備えることを特徴とする基板上への金属膜作製装置。
【請求項２】
金属板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と
を備えることを特徴とする基板上への金属膜作製装置。
【請求項３】
金属製板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスをプラズマ化して還元ガスプラズマを発生させる第２プラズマ発生手段と、
チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段と
を備えることを特徴とする基板への金属膜作製装置。
【請求項４】
金属板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と金属板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、
チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段と
を備えることを特徴とする基板への金属膜作製装置。
【請求項５】
金属板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスを高温に加熱する還元ガス加熱手段と
を備えることを特徴とする基板上への金属膜作製装置。
【請求項６】
金属板および基板が配置されるチャンバと、
チャンバ内に塩素を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記金属板を所定温度に加熱する金属板加熱手段と、
前記原料ガスをプラズマ化して原料ガスプラズマを発生させる第１プラズマ発生手段であって、前記原料ガスプラズマが前記チャンバ内において前記金属板と反応するように配置されている第１プラズマ発生手段と、
チャンバ内に水素を含有する還元ガスを供給する還元ガス供給手段と、
前記還元ガスを高温に加熱して原子状還元ガスをチャンバ内の基板と金属板との間に発生させる還元ガス加熱手段と、
チャンバを所定温度に加熱するチャンバ加熱手段と
を備えることを特徴とする基板への金属膜作製装置。
【請求項７】
さらにチャンバ内に希ガスを導入する手段を有することを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５、請求項６のいずれか１項に記載の金属膜作製装置。
【請求項８】
前記金属板加熱手段は、チャンバ内に希ガスを導入し、第１プラズマ発生手段で希ガスプラズマを発生させて電圧の印加により希ガス成分イオンを金属板に衝突させることで金属板を加熱する手段であることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５、請求項６のいずれか１項に記載の金属膜作製装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか1項の装置を用いて基板へ金属膜を作製する基板の製造方法であって、
前記金属板の金属成分と原料ガス中の塩素との前駆体を生成し、前記原子状還元ガスにより前駆体から塩素を還元除去して金属イオンにして基板に当てることで基板上に金属膜を生成することを特徴とする基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１４９９９９（Ｐ２００９−１４９９９９Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８８８３４（Ｐ２００９−８８８３４）
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【分割の表示】特願２０００−１６１５０７（Ｐ２０００−１６１５０７）の分割
【原出願日】平成１２年５月３１日（２０００．５．３１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１日（２００９．４．１）
【分割の表示】特願２０００−１６１５０７（Ｐ２０００−１６１５０７）の分割
【原出願日】平成１２年５月３１日（２０００．５．３１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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